本发明涉及热喷涂技术和高温防护涂层技术领域，特别涉及一种电弧喷涂实心丝材及其制备抗高温氧化涂层的方法。
背景技术：
电弧喷涂是利用两根丝材在喷枪口短路，产生电弧而融化丝材，通过空压机输送的高压空气将熔化的丝材雾化并喷射到基材表面沉积为一种结合强度高、孔隙率低、表面粗糙度低的涂层的热喷涂方法。电弧喷涂丝材包括两类，一类是实心丝材，另一类是粉芯丝材。实心丝材通过熔炼、拉拔等工艺制成，是目前采用的主要喷涂材料。实心丝材主要包括：有色金属丝材，如铅、锌、铜、镍等金属及其合金；黑色金属丝材，如碳钢、不锈钢等。其中铁基合金丝材因其较好的经济性能和优异的抗高温氧化性能而得到广泛应用。FeCrAl合金是一种重要的电热合金，合金具有优异的抗高温氧化性能（最高可达1400℃）和高电阻率，由于成分中存在大量的Cr和Al元素，高温环境中合金表面会生成致密的氧化膜，从而延长了材料的使用寿命。经电弧喷涂制备成FeCrAl涂层，其中Cr和Al在高温下生成Cr2O3和Al2O3， Cr2O3可以提高Al2O3的蠕变性能并细化Al2O3晶粒，减少Al2O3 膜由生长应力导致的开裂, 可以抑制氧化层的剥落促进Al的选择氧化, 使Al2O3层增厚且更为致密和稳定，从而阻挡了氧元素进入涂层内部。丝材中Al含量的提高，可以提高电阻率，可以更有效的将电能转化为热能，提高电弧喷涂的热效率。就经济性能而言，FeCrAl合金材料的价格比Ni基合金系和不锈钢系材料便宜30%-50%，因此以FeCrAl合金为材料制备高温防护涂层具有广阔的市场前景。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种电弧喷涂实心丝材及其制备抗高温氧化涂层的方法，制得的FeCrAl基抗高温氧化涂层具有良好的抗高温氧化和酸碱腐蚀性能，对基体材料起到很好的防护作用。
本发明的技术方案为：一种电弧喷涂实心丝材，其实心丝材为FeCrAl基合金，按重量百分比由以下原料组成：Cr19～26wt%，Al5～9 wt%，Si0.05～0.08wt%，C0.05～0.08wt%，稀土氧化物Y2O3和CeO2混合物0.1～0.5wt%，Fe余量；所述稀土氧化物Y2O3和CeO2混合物中，Y2O3和CeO2的比例为1:1.
优选地，实心丝材为FeCrAl基合金，按重量百分比由以下原料组成：Cr19～21wt%，Al5～7 wt%，Si0.05～0.08wt%，C0.05～0.08wt%，稀土氧化物Y2O3和CeO2混合物0.1～0.2wt%，Fe余量；
优选地，实心丝材为FeCrAl基合金，按重量百分比由以下原料组成：Cr23～26wt%，Al5～7 wt%，Si0.05～0.08wt%，C0.05～0.08wt%，稀土氧化物Y2O3和CeO2混合物0.1～0.2wt%，Fe余量；
优选地，实心丝材为FeCrAl基合金，按重量百分比由以下原料组成：Cr23～26wt%，Al7～9 wt%，Si0.05～0.08wt%，C0.05～0.08wt%，稀土氧化物Y2O3和CeO2混合物0.1～0.2wt%，Fe余量；
优选地，实心丝材为FeCrAl基合金，按重量百分比由以下原料组成：Cr23～26wt%，Al7～9 wt%，Si0.05～0.08wt%，C0.05～0.08wt%，稀土氧化物Y2O3和CeO2混合物0.3～0.5wt%，Fe余量；
一种电弧喷涂实心丝材制备抗高温氧化涂层的方法，包括以下步骤：
（1）配料：将合金原料Fe粉、Cr粉、Al粉、Si粉、C粉和按1:1混合的Y2O3和CeO2粉按上述比例进行配料，混合均匀；
（2）熔炼：将配料好的合金原料放入真空感应炉内熔炼，预热到400～550℃下保温2～4小时，熔化时合金液温度控制在1000～1200℃，每隔10～20min进行电磁搅拌；
（3）过滤：将熔炼好的合金原料液体通过多孔陶瓷板过滤，并倒入过滤箱内，过滤箱温度设置在900℃～1000℃；
（4）浇铸：将过滤箱内的合金原料液体浇入结晶器内，进行连续铸造；浇铸速度为25～35L/min,结晶器冷却液为自来水，从结晶器末端拉出直径为5～10mm的合金丝材；
（5）轧制：将浇铸后的合金丝材通过高速线材精轧机中进行冷轧，获得直径为5～9mm的合金丝材；
（6）拉拔：将轧制后的合金丝材通过拉拔机进行多道次连续拉拔；
（7）退火：将拉拔后的合金丝材放入温箱式电阻炉中，加热至450～500℃，保温2～4小时，然后随炉冷却至室温；
（8）精整：将退火后的合金丝材放进矫直机中进行精整；
（9）表面处理：将精整后的合金丝材先后用800#、1000#和1200#的砂纸进行打磨，去掉表面毛刺，获得顺滑的表面；再在合金丝材表面涂覆一层油脂，避免直接与空气接触而导致表面被氧化；
（10）制得成品丝材：将表面处理后的合金丝材通过卷丝机缠绕在直径为18mm的塑料卷盘上，缠丝重量为12.5kg，再进行包装制得成品电弧喷涂实心丝材；
（11）制备抗高温氧化涂层：将电弧喷涂实心丝材通过超音速电弧喷涂设备在基体材料表面沉积0.5～0.9mm的FeCrAl基抗高温氧化涂层。
所述步骤（5）中轧制的工艺参数为：胚料加热温度170～200℃，轧制间隙15～20s，压力0.4～0.8Mpa，精轧机限定速度85～95m/s，吐丝系数3.5～4.0。
所述步骤（6）中拉拔条件为：拉拔次数5～8道次，挤压温度450～500℃，流出模孔速度50～70m/min，润滑剂为65%汽缸油+15%硬脂酸铅+10%石墨+10%滑石粉。
所述步骤（11）中沉积的工艺参数为：电压28～34V，电流160～220A，空气压力0.8～1.0Mpa，送丝速度0.1～0.2m/s，喷涂距离10～20cm。
本发明的有益效果：
1.本发明制备的实心丝材与粉芯丝材相比，制造成本低，工艺简单。通过电弧喷涂制备的涂层抗氧化性能也比大部分Fe基粉芯制备的涂层好。涂层高温氧化后氧化层致密、稳定，涂层致密度和粘附性也比用粉芯丝材制备的涂层好。
2.本发明可以改变各合金组元的配比来制备不同成分的合金丝材，通过向合金中添加稀土，可以大幅提高涂层的高温使用寿命，稀土元素可以使涂层表面氧化膜结构发生变化增加氧化膜厚度和增强氧化膜的粘附性，从而使涂层获得致密、牢固的氧化膜，显著提高FeCrAl合金的抗高温氧化性能，因此通过电弧喷涂实心丝材制得的FeCrAl基抗高温氧化涂层具有优良的防护效果。
发明内容
图1是本发明的四种抗高温氧化涂层和20号钢基体的高温氧化增重曲线。
图2是本发明的四种抗高温氧化涂层和20号钢基体的热腐蚀增重曲线。
具体实施方式
一种电弧喷涂实心丝材制备抗高温氧化涂层的方法，包括以下步骤：
1.配料：将合金原料Fe粉、Cr粉、Al粉、Si粉、C粉和按1:1混合的Y2O3和CeO2粉按不同成分制备A、B、C、D四组FeCArAl基合金，具体配比如表1所示；将A组合金记为FeCr20Al6Re0.15、B组合金记为FeCr25Al6Re0.15、C组合金记为FeCr25Al8Re0.15、D组合金记为FeCr25Al8Re0.3；
2.熔炼：将配料好的合金原料放入真空感应炉内熔炼，预热到400～550℃下保温3小时，熔化时合金液温度控制在1000～1200℃，每隔15min进行电磁搅拌；
3.过滤：将熔炼好的合金原料液体通过多孔陶瓷板过滤，并倒入过滤箱内，过滤箱温度设置在950℃；
4.浇铸：将过滤箱内的合金原料液体浇入结晶器内，进行连续铸造；浇铸速度为30L/min,结晶器冷却液为自来水，从结晶器末端拉出直径为6mm的合金丝材；
5.轧制：将浇铸后的合金丝材通过高速线材精轧机中进行冷轧，获得直径为5.5mm的合金丝材；轧制的工艺参数为：胚料加热温度170～200℃，轧制间隙15～20s，压力0.5～0.6Mpa，精轧机限定速度90m/s，吐丝系数3.5～4.0；
6.拉拔：将轧制后的合金丝材通过拉拔机进行多道次连续拉拔；拉拔条件为：拉拔次数6道次，挤压温度450～500℃，流出模孔速度60m/min，润滑剂为65%汽缸油+15%硬脂酸铅+10%石墨+10%滑石粉；
7.退火：将拉拔后的合金丝材放入温箱式电阻炉中，加热至450～500℃，保温3小时，然后随炉冷却至室温；
8.精整：将退火后的合金丝材放进矫直机中进行精整；
9.表面处理：将精整后的合金丝材先后用800#、1000#和1200#的砂纸进行打磨，去掉表面毛刺，获得顺滑的表面；再在合金丝材表面涂覆一层油脂，避免直接与空气接触而导致表面被氧化；
10.制得成品丝材：将表面处理后的合金丝材通过卷丝机缠绕在直径为18mm的塑料卷盘上，缠丝重量为12.5kg，再进行包装制得成品电弧喷涂实心丝材；
11.制备抗高温氧化涂层：将电弧喷涂实心丝材通过超音速电弧喷涂设备在20号钢基体表面沉积，沉积的工艺参数为：电压28～34V，电流160～220A，空气压力0.8～1.0Mpa，送丝速度0.1～0.15m/s，喷涂距离15cm，制得0.5～0.9mm的FeCrAl基抗高温氧化涂层。
表1 FeCrAl基合金中各组元的配比。
通过以上步骤，分别制得FeCr20Al6Re0.15、FeCr25Al6Re0.15、FeCr25Al8Re0.15和FeCr25Al8Re0.3四种抗高温氧化涂层，将涂层性能进行测试，包括高温氧化（温度900℃，时间100h）和热腐蚀（Na2SO4+K2SO4 摩尔比7:3；涂抹量2.5mg/cm2，腐蚀温度800℃，腐蚀时间100h），试验结果如图1和图2所示。
由图1可知，经过900℃高温氧化100h后， 20号钢基体有较大增重，四种涂层的氧化增重曲线较平缓，氧化增重量较少；其中，20号钢基体氧化增重量为183.9mg/cm2，FeCr20Al6Re0.15氧化增重量为57.5mg/cm2，FeCr25Al6Re0.15氧化增重量为43.6mg/cm2，FeCr25Al8Re0.15氧化增重量为31.1mg/cm2，FeCr25Al8Re0.3氧化增重量为4.2mg/cm2。
由图2可知，经900℃热腐蚀100h后，20号钢腐蚀增重量为251.2mg/cm2，FeCr20Al6Re0.15腐蚀增重量为81.8mg/cm2，FeCr25Al6Re0.15腐蚀增重量为18.1mg/cm2，FeCr25Al8Re0.15腐蚀增重量为9.6mg/cm2，FeCr25Al8Re0.3腐蚀增重量为2.8mg/cm2。
综上，四种涂层都具有较好的抗高温氧化和抗热腐蚀性能，都能起到对20号钢基体起到较好的防护作用，其中性能最好的涂层为FeCr25Al8Re0.3，涂层综合性能FeCr25Al8Re0.3> FeCr25Al8Re0.15> FeCr25Al6Re0.15> FeCr20Al6Re0.15，说明说明稀土含量的增加有利于改善涂层的抗氧化性能和抗热腐蚀性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或简单替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。